涂層包覆泡沫塑料多工位真空鍍鋁色澤差異的解決方案

李蘭 蘇強

摘 要：通過對鍍膜過程中影響產品色澤的因素進行分析，確定了主要的影響因素。針對主要的影響因素開展了工藝試驗，以色度計作為考核手段，通過對每一工位的深度抽真空處理，最終使鍍膜室所有工位產品顏色達到了質量要求。

關鍵詞：涂層包覆泡沫塑料；真空鍍鋁；色澤

眾所周知，磁控濺射沉積技術已經廣泛用于軍事、民用各個行業，其中包括各種工具、韌具表面的超耐磨金屬鍍層、合金鍍層、汽車水箱隔熱鍍層、各種手表的裝飾性鍍層、各種潔具衛浴的把手裝飾鍍層以及高爾夫球棒的裝飾性鍍層等，但這些鍍層的基體都涉及在真空下放氣量很少甚至不放氣的金屬、放氣量較少的塑料密實體等。[1，2，3]硬質聚氨酯泡沫塑料是一種具有極性的易吸潮的材料，對這種泡沫塑料采用磁控濺射鍍膜技術鍍制金屬鋁膜，其放氣總量會非常大，且放氣過程非常緩慢，如果不采取必要的措施，連續抽氣數天也難以達到正常磁控濺射鍍鋁所需的10-4Pa量級真空度。通常采用的表面包覆高分子涂層，可以大幅度減弱泡沫塑料在真空環境中的放氣現象。針對一爐鍍制一件這類涂層包覆泡沫塑料工件，鋁鍍層的外觀質量比較早正常，呈銀白色，但針一爐鍍制多工位多件產品，鍍層的外觀質量就會出現問題：即第一工位上工件鍍層外觀質量正常，第二工位上工件鍍層色彩偏暗，第三工位底層色彩更加偏暗，越往后色澤越暗。本文針對上述問題，在北京丹普表面工程公司生產的AS2B4GXN離子輔助中頻沉積設備上開展了相應的技術攻關研究。

1 原因分析

在真空鍍鋁過程中，能夠影響鋁鍍層色澤的因素如表1所示。

被鍍工件全表面微放氣，對放電參數影響不大，但會使鍍層色澤泛黃或色澤變暗，偏離鋁鍍層原有的銀白色。

從表1可以看出，影響鋁鍍層色澤的因素是很多的，但針對于同一爐產品不同工位產品顏色呈現色澤差異，其中除因素6外，其他5個因素都可以排除，因為如果這5個因素的任何一個存在，那么所有工位上產品顏色都會出現問題，均得不到正常鋁鍍層色澤。

仔細分析被鍍工件的屬性，其為內部多孔的泡沫件，泡沫件在真空環境受到一定的熱輻射后，會出現一定程度的溫升，溫度的升高會導致內部氣體受壓繼而向外界釋放雜質氣體，最終導致鍍層被污染，隨即出現色澤偏離鋁鍍層應有的銀白色。

圖2是被鍍的涂層包覆泡沫塑料件一個工位鍍膜過程中的溫度變化情況（來自AS2B4GXN鍍膜機截屏數據與DS1922T溫度記錄儀所得數據的合成圖）。

在圖2中，盡管鍍膜時間只有2min，放電區間內工件表面溫度從21℃上升到近25℃，溫差僅為4℃，但鍍膜結束后溫度的慣性使工件表面的溫度繼續上升到了31℃，鍍膜前后溫度的上升近10℃。我們認為正是這種溫升導致了涂層包覆的泡沫件內部氣體的加速外滲；更不利的情況是，在后續所有工位的繼續放電鍍膜過程中，并沒有在每一工位放電鍍膜前將鍍室抽真空到應有的本底真空，這種不利的狀況隨著工位數的遞增使得后續工位放電鍍膜時有更多的雜質氣體，使靶材濺射出的鋁原子被污染，導致鋁鍍層色澤的偏移（出現顏色變暗而非正常的銀白色）。

2 解決辦法

2.1 提高本底真空

對于高分子涂層包覆后的泡沫塑料件鍍膜，本底真空定在9.0×10-4Pa，第一工位產品會得到比較正常的銀白色鋁鍍層，但后續工位產品色澤依次遞增地變暗。為了解決這樣的問題，我們將本底真空擬定在了3.5×10-4Pa。工藝試驗表明，3.5×10-4Pa的本底真空，依然不能避免后續工位色澤的遞增式變暗，具體色澤如表2所示。

在表2中，L*值代表鍍層白度，正的a*值意味色澤偏紅，正的b*值意味色澤偏黃。表2的測試結果存在一定的依數性，即隨著鍍膜工位數的增加，鍍層色澤變暗遞增，通常L*低于85就明顯偏黑；另外，隨著工位數的增加，鍍層色澤總體向紅和黃方向偏移，致使鍍層最終呈現褐色。

上述測試結果在一定程度上映證了之前的推測：前期工位被鍍膜時因為溫升，內部壓力增大，加速釋放出了雜質氣體，在雜質氣體未被徹底排除之前，又開始后續工位的放電鍍膜，濺射出的鋁原子被雜質氣體腐蝕，繼而導致鋁鍍層色澤出現偏移。

2.2 維持每一工位的本底真空

基于上面的推測和實驗結果，我們嘗試了自動化程序鍍膜，即在每一工位放電鍍膜前都預留出5min的全功率抽真空時間段，盡量讓每一工位在鍍膜時都有優異的本底真空。

圖3是每一工位放電前的真空度情況。

在圖3中，第一工位2min放電鍍膜后，第二工位放電鍍膜前再次深度抽真空5min，使得本底真空比第一工位更加優異，第三、第四、第五和第六工位如法炮制，依次得到了更為優異的本底真空。盡管后續工位本底真空優于第一工位，但對于鍍層的色澤而言，并沒有明顯的貢獻，表3的光澤度數據測試結果說明了這一點。表3是按圖3方式鍍制出的鋁件的光澤度測定結果。

從表3可以看出，每一工位在放電鍍膜前都得到了良好的本底真空度后，鋁鍍層的色澤均和第一工位差異不大，都恢復到了正常鋁鍍層的銀白色。

3 結論

對于易于釋放出氣體的高分子涂層包覆泡沫塑料，在多工位鍍膜過程中，第一工位完成放電鍍膜后，不能直接連續對后續工位進行放電鍍膜，需要給后續工位一定的繼續抽高真空時間，以保證前面工位被鍍件因為溫升為加速釋放的雜質氣體被徹底清除，否則后續工位鍍層被污染的程度會越來越嚴重，直接表現為鍍層的色澤從正常的銀白色偏向變暗變黃。

參考文獻：

[1]邸英浩，胡曉峰，李紅娟.淺析真空鍍膜技術的現狀及進展.科技風，2014（8）：272.

[2]汪正蘭.真空鍍膜在塑料上的應用.安徽建筑工業學院學報（自然科學），1997，5（3）：60-62.

[3]羅艷，王魁波，吳曉斌，王宇.高精度真空材料放氣測試研究.真空科學與技術學報，Vol.36，No.003，251-257.